城市軌道車輛電氣柜模塊化設(shè)計(jì)

宋德建 楊?yuàn)J詩(shī) 張 麗 黃沈閱

(中車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司動(dòng)車設(shè)計(jì)部 江蘇 南京 210031)

1 概述

電氣柜是地鐵車輛中的重要組成部分，由于各地鐵項(xiàng)目系統(tǒng)所提供的設(shè)備種類、尺寸及所承受的空間約束等因素不同，導(dǎo)致各電氣柜的結(jié)構(gòu)、尺寸以及與車體的接口等都不一樣。

傳統(tǒng)電氣柜的柜體框架、設(shè)備布置和設(shè)備布線的安裝方式，基本都是在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，不但工序繁瑣，而且由于是現(xiàn)場(chǎng)安裝，電氣柜與列車各個(gè)系統(tǒng)之間存在多種不同的電氣和機(jī)械接口，導(dǎo)致這些接口在最終調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的故障點(diǎn)較多。傳統(tǒng)的作業(yè)模式已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)規(guī)模的需要，解決的途徑是電氣柜采用模塊化設(shè)計(jì)[1]。

模塊化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：(1)省去現(xiàn)場(chǎng)操作中繁瑣的工序；(2)簡(jiǎn)化電氣柜與車輛各個(gè)系統(tǒng)之間的電氣和機(jī)械接口；(3)降低車輛在運(yùn)行過(guò)程中的故障率；(4)提高生產(chǎn)效率[2]。

本文以寧天城際項(xiàng)目(南京地鐵S8號(hào)線)司機(jī)室右側(cè)電氣柜(CREC)設(shè)計(jì)為例，對(duì)城市軌道車輛電氣柜模塊化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。

2 電氣柜設(shè)計(jì)

電氣柜模塊化設(shè)計(jì)可以分為以下4部分：

(1)電氣柜柜體總成。完成電氣柜柜體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，滿足柜內(nèi)設(shè)備安裝維護(hù)和柜內(nèi)各等級(jí)線束走線的要求；

(2)電氣柜設(shè)備安裝。完成電氣柜內(nèi)設(shè)備的安裝，同時(shí)需保證設(shè)備的可維護(hù)性；

(3)電氣柜布線。完成電氣柜柜內(nèi)的電氣接口以及與柜外其他系統(tǒng)的電氣連接；

(4)電氣柜總成。完成整個(gè)電氣柜的集成。

2.1 電氣柜柜體設(shè)計(jì)

電氣柜的柜體設(shè)計(jì)要根據(jù)前期的相關(guān)輸入確定柜體大小，并保證與其他系統(tǒng)結(jié)構(gòu)互不干涉。在核對(duì)前期輸入之后，即可開(kāi)始電氣柜柜體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。

(1) 柜體主框架設(shè)計(jì)：主要是外形尺寸，通過(guò)項(xiàng)目總體圖、總體技術(shù)規(guī)范和輸入文件來(lái)確定柜體的最大輪廓。

(2) 設(shè)備布局：根據(jù)電氣原理圖整理出電氣柜內(nèi)的設(shè)備清單及類型，然后劃分設(shè)備安裝區(qū)域，對(duì)設(shè)備進(jìn)行初步布局。

(3) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將零部件裝配成不同的裝配體，裝配過(guò)程可以通過(guò)焊接完成，如焊接框架(見(jiàn)圖1-a)；可以使用緊固件完成裝配，如柜體總成(見(jiàn)圖1-b)；也可以采用焊接與緊固件共同完成裝配，如斷路器安裝結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖1-c)。

圖1 柜體設(shè)計(jì)

(4) 布線施工設(shè)計(jì)：電氣柜柜體需要規(guī)劃柜中線束的主要路徑，主線束不可以設(shè)計(jì)為閉合結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)模塊化線束布置。

(5) 材料選擇：本項(xiàng)目的電氣柜柜體的零部件主要采用鈑金折彎件，鈑金件折彎之后其強(qiáng)度將大大增加。柜體材質(zhì)為鋁合金5754-H22，板厚為3 mm，部分與車體接口安裝的支架采用不銹鋼材料。

2.2 電氣柜設(shè)備安裝

電氣柜設(shè)備安裝在電氣柜模塊化設(shè)計(jì)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。電氣柜柜體的結(jié)構(gòu)完全取決于設(shè)備安裝方案，設(shè)備的安裝又決定著電氣柜布線路徑的規(guī)劃，總而言之，電氣柜柜體結(jié)構(gòu)與線束布線都是為設(shè)備的機(jī)械接口和電氣接口服務(wù)的。

電氣柜設(shè)備是分區(qū)域安裝的，能夠有效避免設(shè)備排布混亂。區(qū)域劃分及具體劃分內(nèi)容分別如圖2和表1所示。

圖2 設(shè)備安裝區(qū)域

表1 CREC柜設(shè)備區(qū)域劃分

2.3 電氣柜布線

電氣柜布線在柜體設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始，因?yàn)樵诠耋w設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮設(shè)備線束的走向，這是模塊化設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)[3]。電氣柜的布線是通過(guò)CATIA軟件來(lái)完成的，在虛擬3D環(huán)境下進(jìn)行電氣屬性設(shè)置及線束排布、展平。電氣設(shè)計(jì)從機(jī)械設(shè)計(jì)環(huán)境開(kāi)始，然后與線束鋪設(shè)二者統(tǒng)一達(dá)到完整的集成。設(shè)計(jì)思路是：首先建立三維零件電氣設(shè)備物理模型，再通過(guò)電氣設(shè)計(jì)模塊賦予設(shè)備電氣特性和相關(guān)的物理配線，之后進(jìn)行相關(guān)的電纜分布。

電氣柜布線主線束設(shè)置在過(guò)道側(cè)端子排安裝區(qū)域。通過(guò)主線束向斷路器區(qū)域、繼電器區(qū)域和設(shè)備區(qū)域進(jìn)行分線。布線在滿足要求的同時(shí)還要考慮布線的美觀性。走線的方式有2種，一種使用線槽，另一種使用扎線桿。線槽布線可以將線隱藏在線槽內(nèi)部，外面看不到，美觀性很好，缺點(diǎn)是占用空間較大。扎線桿布線對(duì)空間要求相對(duì)不是很高，但美觀性不是很好。南京地鐵S8號(hào)線在布線方面主要采用線槽布線，部分位置采用扎線桿或者吸盤(pán)進(jìn)行走線，如圖3所示。

圖3 電氣柜布線

2.4 電氣柜總成

電氣柜的總成就是通過(guò)電氣柜柜體總成、電氣柜設(shè)備安裝和電氣柜布線三部分組裝而成，如圖4所示。

圖4 CREC電氣柜總成

3 總結(jié)

電氣柜的設(shè)計(jì)流程需要采用模塊化設(shè)計(jì)，但是目前的模塊化設(shè)計(jì)還是受很多因素的制約和影響，例如：各項(xiàng)目中不同系統(tǒng)供應(yīng)商產(chǎn)品之間的差異性，各項(xiàng)目空間的局限性，設(shè)計(jì)人員的個(gè)性化設(shè)計(jì)風(fēng)格等。南京地鐵S8號(hào)線中，通過(guò)以前項(xiàng)目所積累的經(jīng)驗(yàn)，模塊化設(shè)計(jì)已經(jīng)初具成效。模塊化設(shè)計(jì)，是未來(lái)城市軌道車輛設(shè)計(jì)的側(cè)重點(diǎn)之一。

[1] 王 衛(wèi).淺談鐵路客車集成化設(shè)計(jì)技術(shù)[J].鐵道車輛, 2008,46(11): 17-19.

[2] 劉毅力.地鐵車輛的模塊化[J].鐵道車輛, 2003,41(7):19-20.

[3] 湯恒舟.鐵路客車電氣模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用研究[J].鐵道車輛,2008,46(11).13-16.□